Основные характеристики состава нефти
Рассмотрим основные характеристики состава нефти, определяющие ее влияние на почвы и живые организмы и особенности трансформации в биосфере. Техногенное влияние нефти на природную среду зависит от содержания:
1 – легкой фракции (НК – 200°С);
2 – циклических углеводородов;
3 – твердых парафинов;
4 – смол и асфальтенов;
5 – серы.
Легкая фракция, куда входят наиболее простые по строению и низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафиновые) и ароматические углеводороды – наиболее подвижная часть нефти.
Метановые углеводороды – сильнейшие наркотики. Они оказывают сильное токсическое действие на живые организмы, находясь в почвах, водной и воздушной средах. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеродной цепью, содержащиеся в основном в легких фракциях нефти. Эти углеводороды лучше растворимы в воде, легко проникают в клетки организмов через мембраны и дезорганизуют цитоплазменные мембраны организма.
Содержание твердых метановых углеводородов (парафина) в нефти (от очень маленьких величин до 15–20%) – очень важная характеристика при изучении нефтяных разливов на почвах. Твердый парафин не токсичен для живых организмов, но благодаря высоким температурам застывания (+18°С и выше) и растворимости в нефти в условиях земной поверхности переходит в твердое состояние, лишая нефть подвижности.
К циклическим углеводородам в составе нефти относятся нафтеновые (циклоактаны) и ароматические углеводороды (арены). Общее содержание нафтеновых углеводородов в нефти от 35% до 60%. О токсичности нафтенов сведений почти не имеется. Вместе с тем имеются данные о их стимулирующем действии на организм.
Содержание ароматических углеводородов в нефти изменяется от 5% до 55%, чаще всего от 20% до 40%. Основную массу ароматических структур составляют моноядерные углеводороды – гомологи бензола.
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), т. е. углеводороды, состоящие из двух и более ароматических колец, содержатся в нефти в количестве от 1 до 4%.
Среди голоядерных ПАУ большое внимание следует обратить на 3,4-бензопирен (БП), как наиболее распространенному представителю канцерогенных веществ. В сырой нефти, не подвергавшейся значительному термическому воздействию БП, обнаруживается редко, количество его резко возрастает в продуктах переработки нефти.
Ароматические углеводороды – наиболее токсичные компоненты нефти. В концентрации всего 1% в воде они убивают все водные растения, нефть содержащая 38% ароматических углеводородов, значительно угнетает рост высших растений. Известно, что с увеличением ароматичности нефти увеличивается ее гербицидная активность. Моноядерные углеводороды – бензол и его гомологи – оказывают более быстрое токсическое воздействие на организмы, чем полициклические углеводороды. ПАУ медленнее проникают через мембраны, они действуют более длительное время, являясь хроническими токсинами.
Смолы представляют собой вязкие вещества, в них содержится больше водорода и меньше углерода, чем в асфальтенах.
Асфальтены представляют собой продукт конденсации 2–3 молекул смол. Это твердые вещества, не растворимые в низкомолекулярных углеводородах.
Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти. в том числе все металлы. Общее содержание микроэлементов в нефти - сотые и десятые доли %. С экологической точки зрения микроэлементы можно разделить на 2 группы: нетоксичные и токсичные.
Нетоксичные и малотоксичные – Si, Fe, Al, Mn, Ca, P, составляющие большую часть золы нефти. Другие микроэлементы – V, Ni, Co, Pb, Cu, U, As, Hg, Mo – в случае повышенных концентраций могут оказывать токсическое воздействие на биоценоз.
Сера содержится в нефти в количестве от следов до 5–6%. Сернистые соединения оказывают то или иное вредное влияние на живые организмы. Особенно сильным токсическим действием обладают сероводород и меркаптаны. Сероводород присутствует в растворенном состоянии в нефти, может образовываться при загрязнении водоемов и почв с избыточным увлажнением (болота, луга). Сероводород – это сильный нервный яд, вызывающий отравление и летальный исход у животных и человека при высоких концентрациях в воздухе (1мг/л). ПДК сероводорода в воздухе в присутствии углеводородов –3 мг/м3.
В проводимой практической работе мы подробно остановимся на аналитических методах анализа нефти в водных пробах, а также на технологиях очистки грунтовых вод.